Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
Забивку свай трудно осуществлять, если в основании находятся гравелистые, крупные, средней крупности плотные пески. В этом случае для
обеспечения погружения свай применяют подмыв грунта струями воды
под острием свай. Иногда для уменьшения сопротивления грунта погружению сваи последние забивают в предварительно пробуренные лидерные скважины, длина которых должна быть не менее чем на 1 м меньше
сваи, а диаметр меньше, чем диаметр или поперечные размеры сваи.
Погружение свай с помощью вибропогружателей, вибромолотов
выполняют при наличии в основании песчаных водонасыщенных грунтов.
При работе эксцентрикового центробежного вибратора, установленного
на головах свай, вертикальные колебания, передаваясь на грунт, приводят
к его разжижению, в результате чего свая погружается в грунт при резком
снижении трения по ее боковой поверхности.
После прекращения действия вибрации через некоторое время трение в грунте полностью восстанавливается, а в некоторых случаях оказывается даже несколько большим, чем в первоначальном состоянии или
при погружении свай с помощью забивки.
Вдавливание свай с помощью статической нагрузки обычно приме-
няют в тех случаях, когда свайные фундаменты возводят рядом с уже существующими зданиями, что часто имеет место в условиях массовой городской застройки или при реконструкции зданий, когда недопустимо появление вибраций, которыми сопровождаются забивка и вибропогружение. Особое внимание следует обращать на водонасыщенные пески и супеси, которые способны уплотняться под действием колебаний, претерпевая дополнительные осадки.
Погружение свай с помощью завинчивания осуществляют, используя специальные винтовые лопасти диаметром до 2 м, располагаемые у
острия. Применение таких свай становится целесообразным, если в верхней зоне основания залегают слабые грунты, подстилаемые плотными,
малосжимаемыми грунтами, до которых и производят завинчивание. Винтовые сваи чаще всего используют для фундаментов, работающих на выдергивание, и для устройства анкеров. Для завинчивания металлических
свай при наличии в основании податливых грунтов применяют механиз-
61
мы, аналогичные буровым установкам. Тяжелые железобетонные сваи с
металлическими лопастями большого диаметра погружают с помощью
кабестана, представляющего собой полую муфту, надеваемую на голову
сваи и приводимую в медленное вращение электромотором с системой
приводных шестерен. При завинчивании кабестан закрепляют с помощью
специальных анкеров.
Основные принципы работы механизмов, применяемых при погру-
жении свай, а также их устройство освещены более подробно в специальной литературе.
По условиям передачи нагрузки на грунты основания сваи подраз-
деляют на два типа: сваи-стойки и сваи трения (висячие сваи).
Сваи-стойки (рис. 3.3, а), прорезая толщу относительно слабых
грунтов, передают нагрузку на практически несжимаемые грунты (скальные, полускальные или очень твердые пылевато-глинистые породы).
Опираясь на прочные грунты, такие сваи практически не получают вертикальных перемещений, следовательно, силы трения по боковой поверхности отсутствуют и давление передается только за счет лобового сопротивления грунта под острием (пятой сваи). Следовательно, этот тип свай работает подобно сжатым стойкам, находящимся в упругой среде.
Сваи трения (рис. 3.3, б) погружают в сжимаемые грунты. В ре-
зультате вертикального перемещения под действием внешней нагрузки по
боковой поверхности сваи образуются силы трения Fs, а под острием сваи
будет действовать лобовое сопротивление грунта Fo. Сопротивление
грунта погружению сваи называют несущей способностью грунта осно-
вания. Для висячей сваи эта величина будет состоять из двух составляю-
щих:
Fd = Fo + Fs .
62
à)
N
á)
N
Рисунок 3.3.- Схемы передачи нагрузки сваями на грунты основания:
а – сваи-стойки; б – сваи трения
Для удовлетворения условия расчета по второй группе предельных
состояний сваи рекомендуется погружать до относительно плотных грунтов, обеспечивая тем самым более полное использование несущей способности материала свай и предельно допустимое значение осадки.
па: сваи, погружаемые в грунт в готовом виде, и сваи, формируемые в
грунте оснований.
деревянные, железобетонные, металлические и комбинированные.
сравнительно редко из-за возможного загнивания древесины в грунте ос-
По условиям изготовления и погружения сваи разделяют на два ти-
По материалу сваи, погружаемые в готовом виде, подразделяют на
Деревянные сваи в России в практике строительства применяют
нования при переменной влажности, из-за необходимости экономии дре-
63
весины и ограничения сортамента деревянных элементов. Однако при
строительстве на площадках, имеющих высокий уровень грунтовых вод,
применение деревянных свай является наиболее целесообразным. Так, в
США, в г. Новый Орлеан, расположенном в пойме реки Миссисипи, на
деревянных сваях успешно построены высотные (более 50 этажей) дома.
Деревянные сваи изготовляют из бревен диаметром от 18 до 36 см и длиной от 4,5 до 12 м. При необходимости получения свай большей длины их
стыкуют из отдельных звеньев. Для предотвращения размочаливания головы сваи при забивке ее защищают металлическим бугелем, а нижний
конец сваи заостряют для облегчения процесса погружения.
Железобетонные сваи в настоящее время в практике строительства
в России применяют наиболее часто, так как промышленность строительных материалов выпускает широкий сортамент таких свай, удовлетворяющий всем запросам массового строительства. Железобетонные сваи
имеют различные размеры и сечения. Чаще всего применяют сваи с квадратным сплошным поперечным сечением (рис. 3.4, а,б), квадратным сечением с круглой полостью (рис. 3.4, в) и полым круглым сечением (рис.
3.4, г), постоянным по всей длине сваи.
Квадратные сваи изготовляют размером поперечного сечения от
20х20 до 40х40 см и длиной от 3 до 20 м.
При необходимости получения свай большей длины их стыкуют из
отдельных секций, имеющих для этой цели закладные детали,
позволяющие создавать болтовое или сварное соединение.
64
600
160
a)
б)
в)
г)
2
2
l
1
l l
l
3 4 3 5 3
5
300
300
300
300
300
300
250
250
Рисунок 3.4.- Конструкции железобетонных свай: а – призматическая с поперечным
армированием ствола; б – то же без поперечного армирования ствола; в – то же с
круглой полостью; г – полая круглая; 1 – строповочная петля; 2 – арматурные сетки
головы; 3 – продольная арматура; 4 – спираль острия;
5 – поперечная спиральнаяарматура
Сваи, имеющие полое сечение, выпускают с наконечником и без
него, в последнем случае погружение осуществляется без удаления грунта
из внутренней полости.
В сваях устанавливают продольную и поперечную спиральную
арматуру. Продольную арматуру применяют с предварительным
напряжением или без него. Шаг спиральной арматуры в голове и у острия
делают чаще, чем в середине сваи. Для восприятия динамической
нагрузки при забивке и возникающих при этом значительных поперечных
усилий голову сваи дополнительно армируют 3...5 арматурными сетками
(рис. 3.4, б).
Для исключения перенапряжения в сечениях свай при
транспортировании до места забивки для строповки устанавливаются
специальные петли, расположенные на расстоянии 0,2 L от концов сваи
65
так, чтобы в ней при подъеме возникали приблизительно равные
изгибающие моменты. Для подачи сваи на копер в ней предусматривают
отверстие на расстоянии 0,3 L от головы сваи, в которое устанавливают
штырь подъемного троса. Сваи небольшой длины выполняют без
поперечного армирования в целях экономии металла.
Круглые пустотелые цилиндрические сваи изготовляют методом
центрифугирования диаметром от 40 до 80 см при длине от 4 до 12 м и
толщине стенок 8...10 см. Сваи диаметром от 60 см делают с закрытым
нижним концом в виде острия. Такие сваи особенно целесообразны в
качестве свай трения, так как имеют большую площадь боковой
поверхности на 1 м3 железобетона и, следовательно, являются более
экономичными. Конструкция цилиндрических свай позволяет создавать и
составные сваи.
Полую круглую сваю, имеющую диаметр от 1 до 3 м, называют
сваей-оболочкой. Длина свай-оболочек находится в пределах от 6 до 12 м
при толщине стенок 12 см.
Существуют новые конструктивные решения железобетонных свай,
имеющих как постоянное сечение по длине в виде треугольника, тавра,
двутавра или крестообразное (рис. 3.5, з), так и переменное. В частности,
применяют пирамидальные (рис. 3.5, а), трапецеидальные (рис. 3.5, б),
ромбовидные (рис. 3.5, в), продольно расчлененные (рис. 3.5, г), образующие козлообразную конструкцию после погружения в результате
несимметричного заострения, сваи с забивным оголовком (рис.3.5, д) и
булавовидные (рис.3.5, e). Забивной оголовок уплотняет грунт при погружении и сам передает часть нагрузки на основание. В некоторых случаях применение забивного оголовка позволяет увеличивать несущую
способность фундаментов в 1,5...2 раза. Конструкции свай, показанные на
рис. 3.5, обладают повышенной несущей способностью по сравнению со
сваями, имеющими постоянное поперечное сечение, однако их применение пока ограничено вследствие небольших объемов производства заводами строительных конструкций. Применяются сваи-колонны, забивные
блоки и винтовые сваи (рис. 3.5, ж, и, к).
66
Металлические сваи, как правило, имеют трубчатое сечение, так
з
)
ж
)
е
)
г
)
д
)
в
)
б)
а)
к
)
F
o
F
f
N
f
и
)
как их изготовляют из труб, реже - тавровое или двутавровое, а также более сложное сечение, создаваемое сваркой прокатных профилей.
Рисунок3.5.- Конструктивные решения свай: а – пирамидальные; б – трапеце-
идальные; в – ромбовидные; г - продольно расчлененные; д - с забивным оголовком;
е - булавовидные; ж – винтовые; з – из металлических прокатных профилей;
и – сваи-колонны; к – забивные блоки
Комбинированные сваи представляют собой конструктивные эле-
менты, состоящие из различных материалов. Например, ниже уровня подземных вод часть сваи выполняют из дерева, а верхнюю - из железобетона. Иногда используют сваю, состоящую в верхней части из железобетонной оболочки большого диаметра, которая объединяет для совместной
работы группу металлических свай, расположенных понизу. Комбинированные сваи применяют также в виде металлической трубчатой оболочки,
которую для придания большей жесткости и прочности заполняют бетоном.
Сваи, изготовляемые в грунте основания, часто называют набив-
ными. По материалу, из которого они изготовлены, сваи подразделяют на
бетонные, железобетонные, песчаные (грунтовые), щебеночные и грунтоцементные.
67
Для фундаментов используют, как правило, бетонные и железобе-
тонные набивные сваи, другие типы свай в основном применяют для искусственного улучшения свойств грунтов оснований.
По способу изготовления различают сваи без оболочек, с неизвлека-
емой оболочкой и с оболочкой, извлекаемой из грунта.
Сваи без оболочек применяют в грунтах, которые позволяют осу-
ществлять бурение скважин без крепления их стенок. Иногда для таких
типов свай используют скважины, получаемые в результате забивки и извлечения специального сердечника либо вытрамбовывания тяжелыми
трамбовками.
Длина безоболочковых свай составляет 12...15 м, диаметр от 0,4 до
1,0 м, бетонирование осуществляют с помощью вертикально перемещающейся трубы с уплотнением бетонной смеси трамбованием или вибрированием. Для получения железобетонных свай в скважинах устанавливают арматурный каркас.
В относительно слабых грунтах проходку скважин производят под
защитой глинистого раствора, который при подаче бетона вытесняется из
скважины. Благодаря большому удельному весу глинистый раствор создает в скважине значительное избыточное давление, удерживающее
стенки от обрушения.
Для повышения несущей способности безоболочковых свай в нижней части скважины формируют уширенную пяту с помощью разбуривания (рис. 3.6, а, 6) или камуфлетного взрыва, производимого после заполнения ствола бетонной смесью.
Набивные сваи с извлекаемой оболочкой нашли широкое использо-
вание в практике строительства, так как применяемые при их изготовлении инвентарные обсадные трубы, защищая стенки скважин от обрушения, позволяют получать сваи в широком диапазоне грунтовых условий
строительной площадки.
Сваи Страуса изготовляют в пробуренных скважинах, закреплен-
ных металлическими обсадными трубами диаметром до 0,4 м и длиной до
12 м. Скважину заполняют бетоном слоями до 1 м, уплотняя бетон с помощью трамбования, трубу постепенно извлекают (рис. 3.6, в, г).
68
д
)
в
)
г
)
е
)
б)
а)
Рисунок 3.6.- Изготовление свай в грунте: а – разбуривание уширения в нижней части
безоболочковой сваи; б - безоболочковая свая с уширением; в – обсадная труба
и трамбовка для изготовления свай Страуса; г - свая Страуса; д - свая Франки;
е - свая с неизвлекаемой оболочкой, уширенная в нижней части
камуфлетным взрывом
Частотрамбованные сваи изготовляют в инвентарных металличе-
ских оболочках, опирающихся на железобетонные наконечники, которые
остаются в грунте после извлечения трубы. При погружении обсадных
труб используют вибраторы или молоты, имеющие специальные приспособления для их извлечения из грунта. После забивки до проектной отметки во внутреннюю полость отдельными порциями подают бетон и
трубу извлекают при включенном вибраторе или молоте. Под действием
вибрации уплотняется не только бетон, но и окружающий сваю грунт.
Данный тип сваи имеет диаметр до 0,4 м и длину до 12 м.
Сваи Франки относятся к группе набивных свай, отличительной
особенностью которых является то, что бетон укладывают во внутреннюю полость предварительно забитой до проектной отметки металлической трубы с закрытым пробкой нижним концом. Пробка из жесткого бетона после забивки обсадной трубы выбивается в грунт с помощью специального молота, образуя несколько уширенную пяту. Затем в трубу отдельными порциями подают бетон, который тем же молотом выбивается в
грунт при одновременном подъеме оболочки, что приводит к формированию сваи с гофрированной поверхностью (рис. 3.6, д).
Добиться максимальной механизации работ по изготовлению свай с
извлекаемой оболочкой можно с помощью установок систем «Беното» и
69
«Като». Они позволяют с помощью специальных передвижных станков
осуществлять вдавливание обсадной трубы домкратами в сочетании с
вращательным движением для облегчения погружения. Выемка грунта
производится с помощью специального грейферного устройства, перемещаемого внутри обсадной трубы. Бетонирование осуществляется по мере
извлечения трубы из скважины. Для уширения пяты сваи используют
специальную разбуривающую фрезу. Сваи системы «Беното» могут иметь
диаметр от 0,4 до 1,5 м и длину до 100 м, системы «Като» - диаметр от 0,6
до 2 м, длину до 60 м.
Сваи с неизвлекаемой оболочкой изготовляют в том случае, если от-
сутствует возможность качественного выполнения свай с извлекаемой
оболочкой. Например, при значительном напоре грунтовых вод тело сваи
с извлекаемой оболочкой может быть частично нарушено в процессе
твердения, что приведет к снижению ее несущей способности.
Комбинированные сваи с неизвлекаемой металлической оболочкой
часто используют при возведении крупных транспортных и гидротехнических сооружений. В частности, при сооружении опор мостов с высоким
ростверком оболочка служит опалубкой верхней части сваи и одновременно обеспечивает ее целостность и долговечность при воздействии
движущихся по реке наносов.
В связи с тем, что данный тип свай достаточно дорог, целесообразно повышать их несущую способность, используя, например, камуфлетные взрывы для уширения пяты (рис. 3.6, е).
Сравнительно низкая стоимость свай, изготовляемых в грунте оснований, и возможность их использования в широком диапазоне грунтовых
условий способствовали их значительному распространению в практике
строительства. Однако данный тип свай имеет следующие недостатки, а
именно: необходимость бетонирования на строительной площадке, что
особенно затруднительно в зимний период, так как требует прогрева бетона в зоне промерзания грунта.
При устройстве свайных фундаментов из забивных или набивных
свай в грунтах оснований наблюдается ряд специфических явлений, которые необходимо учитывать при проектировании и строительстве.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]